Массовый вибрационный расходомер Советский патент 1992 года по МПК G01F1/84 

&& &- - & &&

. v i-l-ii-AilC.,,----- -;-. -V---;-щ f- %s л , , , к & , 1

, -tWBlfe« t«

(21)4757683/10 (22)09.11.89

(46) 30.09.92. Бюл. Мг 36 f(71) Государственный научно-исследова- 5 институт теплоэнергетического

п $иёЬрбстроения

(72) С.А.Золотаревский и А.А.Шкурин :(56) 1. Европейский патент № 0212782, K7rGO FJ/84, 1986.

f 2ГШсг(эМ1от|опModelD.MassFlowmeter fnstruqtioiTManuai, 1985.

(54) МАССбв ЫЙ ВИБРАЦИОННЫЙ РАС ХОДОМЕР

(57) Использование: периодическое обнуление электронной аппаратуры измерителя расхода. Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1 расхода, узел 2 возбуждения колебаний, узлы 3,4 съема сигналов, электронный преобразователь 5, входы 6,7 преобразователя, блок 8 измерения, блок 9 возбуждения и стабилизации колебаний, суммирующий усилитель 10, регулятор 11 установки нуля, источник 12 опорного напряжения, нормально замкнутый 13 и нормально разомкнутые 14 и 15 контакты.2 ил.

4 &Шдаф Л.йЗ

Ч

о- ел о о ю

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения массового расхода среды, и может быть использовано при создании массовых вибрационных расходомеров, предназначенных для измерения расхода различных, в том числе агрессивных, загрязненных жидкостей и сжатых газов в нефтяной, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен массовый вибрационный расходомер, состоящий из датчика расхода, содержащего закрепленные на корпусе с возможностью колебаний трубопроводы с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и двумя узлами съема сигнала, и электронного преобразователя с двумя входами, подключенными к соответствующим узлам съема сигнала и двумя выходами, первый из которых подключен к узлу возбуждения колебаний, а второй является выходом входящего в его состав суммирующего усилителя с измерительным входом, второй вход которого соединен с регулятором установки нуля 1.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемо- му результату является массовый вибрационный расходомер, который состоит из датчика расхода, содержащего за креп- ленные на корпусе с возможностью колебаний трубопроводы с размещенными на них узлом возбуждения колебаний и двумя узлами съема сигнала, и электронного преобразователя с двумя входами, подключенными к соответствующим узлам съема сигнала и двумя выходами, первый из которых подключен к узлу возбуждения колебаний, а второй является выходом входящего в его состав суммирующего усилителя с измерительным входом, второй вход которого соединен с регулятором установки нуля 2.

Оба описанных устройства обеспечивают при отсутствии расхода компенсацию как имеющего систематический характер смещения нуля датчика расхода, обусловленную фазовым и, соответственно, временным сдвигом между сигналами с первого и с второго узлов съема сигнала, так и носящего бессистемный характер смещения нуля электронного преобразователя, вызванного временным и температурным дрейфом характеристик входящий в него элементов,

Недостатком обоих устройств является невозможность компенсации смещения нуля электронного преобразователя при наличии расхода через устройство, что в 1,5-2 и более раз снижает точность измерения расхода и приводит к необходимости уменьшения межповерочного интервала.

Цель изобретения - повышение точности измерения расхода и увеличение межповерочного интервала.

Цель достигается тем, что в массовом вибрационном расходомере, состоящем из датчика расхода, содержащего узел возбуждения и два узла съема сигнала, электронного преобразователя с двумя входами,

подключенными к соответствующим узлам

съема сигнала и выходного суммирующего

усилителя, измерительный вход которого

подключен к первому выходу электронного

преобразователя, второй выход которого подключен к входу узла возбуждения, а второй вход- к выходу регулятора напряжения смещения, введены источник опорного напряжения, один нормально замкнутый и два

нормально разомкнутых синхронизированных контакта, второй вход электронного преобразователя соединен с вторым узлом съема сигнала через нормально замкнутый контакт, а через первый нормально разомкнутый контакт - с первым узлом съема сигнала, причем источник опорного напряжения через второй нормально разомкнутый контакт подключен к третьему входу выходного суммирующего усилителя.

На фиг.1 показана блок-схема массового вибрационного расходомера; на фиг,2 - пример выполнения принципиальной схемы суммирующего усилителя с подключенными к нему регулятором установки нуля и

источником опорного напряжения.

Массовый вибрационный расходомер (фиг.1) состоит из датчика 1 расхода, содержащего закрепленные на корпусе с возможностью колебаний трубопроводы (корпус и

трубопроводы на чертеже условно не показаны) с размещенными на них узлом 2 возбуждения колебаний и узлами 3 и 4 съема сигнала, электронного преобразователя 5 с входами 6 и 7, который содержит блок 8

измерений, блок 9 возбуждения и стабилизации колебаний, суммирующий усилитель

10и регулятор 11 установки нуля. Кроме того, в электронный преобразователь 5 дополнительно введены источник 12 опорного

напряжения, нормально замкнутый контакт 13 и нормально разомкнутые контакты 14 и 15. Как в известных, так и в предлагаемом устройстве блок 8 измерений соединен с суммирующим усилителем 10 и блоком 9

возбуждения и стабилизации колебаний, который в свою очередь связан с узлом возбуждения колебаний датчика 1 расхода, а суммирующий усилитель 10 - с регулятором

11установки нуля.

Й1 х,г:в ;чй- S9

На фиг.2 показана принципиальная схема суммирующего усилителя 10 с подключенными к нему регулятором 11 установки нуля и источником 12 опорного напряже- н и Скот&рыё выполнены на прецизионных э1 раТ июнных усилителях D1-D3 ДкТ40УД17), полевом транзисторе VT1, пре- 4цизйоШюм1стабилитроне VD1 (Д818Е) и ре«3.. йл

зисторах R1-R9.

I Работает устройство следующим обра- tj3bM sp-fli рабочем режиме и в режиме первич нои и периодических поверок при отсутстЭД Ј- « ««. . -№вии расхода вход 6 электронного

Г&ЭО&,

преобразователя 5 соединен с узлом 3 . V ь wtri&r «влА - teл

ма сигнала, вход 7 - с узлом 4 съема сигнала,

.:4SSth« s 5S - „

а источник 12 опорного напряжения отклюi« r« Ґ5 «« :JK: ,..

чен от суммирующего усилителя 10. При

тойГ5 йк в известных, так и в предлагаемом

Устройствах блок 8 измерений усиливает

гюдаваём ый на ход 6 сигнал от узла 3 съема

JUUfr rt- &Ј&.#elHpif &,.лJугнала и подает его на вход блока 9 возбуж- ден1 ви% с табилизации колебаний, который в сГвбй очередь формирует импульсы напря,. .з

жения с частотой, равной частоте собствен- нь1 ле баний трубопроводов датчика 1

расхода, которые подаются на узел 2 возбуждения колебаний.

Такиги образом, обеспечиваются колебания трубопроводов на собственной часто- те бта билизация амплитуды указанных колёНшТий осуществляется путем сравне- йШЪ блрке Э возбуждения и стабилизации ТкЬлебаний пропорционального амплитуде Колебаний трубопроводов сигнала с блока 8 ЗмЪр ёний и опорного сигнала и соответствующего изменения напряжения импульсов, подаваемых а узел 2 возбуждения колебаний Одновременно в блоке 8 измерений осуществляется сравнение сигнала, поступающего нгмзход 6 от узла 3 съема сигнала, с аналогичным ему сигналом, поя „ W -,,

ступающим на вход 7 от узла 4 съема сигнала При этом на выходе блока 8 измерений формируется напряжение ииз пропорциональное временному сдвигу между указанными сигналами, которые подаются на первый (измерительный) вход суммирующего усилителя 10 Указанный временной сдвиг является алгебраической суммой начального временного сдвига обусловленного неодинаковой амплитудой колебаний сторон трубопроводов и возможным различием формы сигналов с узлов 3 и 4 съема сигнала и временного сдвига, пропорционального массовому расходу измеряемой среды. Компенсация начального временного сдвига и соответствующей ему части напряжения 11из производится при отсутствии расхода через устройство изменением подаваемого на второй вход суммирующего усилителя 10 напряжения смещения от регулятора 11 установки нуля до получения нулевого значения выходного напряжения

ивых. Таким образом, напряжение Квых будет прямо пропорционально массовому расходу.

Опыт эксплуатации расходомеров данного типа показывает, что величина началь0 ного временного сдвига между сигналами с узлов съема сигнала данного датчика расхода сохраняется практически неизменной в течение всего времени эксплуатации прибора. В то же время имеет место изменение

5 выходного напряжения, обусловленное временным и температурным дрейфом элементов электронного преобразователя.

Для компенсации этого изменения предназначен режим подстройки Сразу же

0 после поверки расходомера при отсутствии расхода размыкают нормально замкнутый контакт 13 и замыкают нормально разомкнутые контакты 14 и 15. При этом на входы 6 и 7 электронного преобразователя 5

5 подаются сигналы от одного узла 3 съема сигнала, т.е. временной сдвиг между этими сигналами равен нулю Изменяя величину опорного напряжения Don, подаваемого от источника 12 опорного напряжения на тре0 тий вход суммирующего усилителя 10, добиваются получения нулевого значения напряжения 11Вых. Полученное значение опорного напряжения сохраняют до следующей поверки расходомера при отсутствии

5 расхода.

Подстройка расходомера при наличии расхода осуществляется переключением устройства в режим подстройки с последующим изменением напряжения смещения

0 UCM, подаваемого от регулятора 11 установки нуля на вход суммирующего усилителя 10 до получения нулевого значения выходного напряжения Увых

Выход источника 12 опорного напряже5 ния целесообразно вывести на гнездо контроля, а само значение опорного напряжения U0n зафиксировать в паспорте устройства

Суммирующий усилитель 10 с подклю0 ченными к нему регулятором 11 установки нуля и источником 12 опорного напряжения выполнен по схеме, показанной на фиг 2

Опорным элементом источника опорного напряжения служит прецизионный ста5 билитрон VD1. На транзисторе VT1 выполнен источник тока для стабилизации тока через стабилитрон VD1 на уровне 10 мА Напряжение с опорного элемента VD1 подается на операционный усилитель D1, выполненный по схеме повторителя напряжения, что позволяет увеличить нагрузочную способность стабилитрона VD1.

Положительное напряжение с выхода микросхемы D1 поступает на инвертор D2 с коэффициентом передачи, равным единице. Стабилизированное напряжение с выходов микросхем D1 и D2, равное по величине и противоположное по знаку (±8 В), подается на резистор R4, которым устанавливается необходимая полярность и величина опор- ного напряжения в случае поверки расходомера при отсутствии расхода. При подстройке расходомера опорное напряжение через контакт 15 подается на третий вход суммирующего усилителя, выполнен- ного на микросхеме D3. Общий коэффициент усиления суммирующего усилителя устанавливается резистором R7 для получения необходимого усиления измеряемого напряжения Уиз. На резисторе R9 выполнен регулятор установки нуля.

В режиме подстройки расходомера при наличии расхода контакт 15 замкнут, опорное напряжение, эквивалентное разбалансу датчика расхода, подается на суммирующий усилитель 10, а резистором R9 устанавливается выходное напряжение Увых равным нулю.

Как следует из вышесказанного, подстройка расходомера при наличии расхода может производиться какугодно, частот, например, при каждом изменении температуры окружающего воздуха, раз в день и т.д. За счет этого может быть увеличен межповерочный интервал расходомера, который в этом случае будет определяться только изменением градуировочной характеристики

датчика расхода, которая изменяется крайне медленно. Например, межповерочный интервал расходомера может быть увеличен с 1 года до 3-4 лет.

Таким образом, изложенное техническое решение обеспечивает повышение точности измерения расхода и увеличение межповерочного интервала за счет обеспечения возможности регулярной подстройки расходомера без отключения расхода. Формула изобретения Массовый вибрационный расходомер, состоящий из датчика расхода, содержащего узел возбуждения и два узла съема сигнала, электронного преобразователя с двумя входами, подключенными к соответствующим узлам съема сигнала, и выходного суммирующего усилителя, измерительный вход которого подключен к первому выходу электронного преобразователя, второй выход которого подключен к входу узла возбуждения, а второй вход - к выходу регулятора напряжения смещения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и увеличения межповерочного интервала, в него введены источник опорного напряжения, один нормально замкнутый и два нормально разомкнутых синхронизированных контакта, второй вход электронного преобразователя соединен с вторым узлом съема сигнала через нормально замкнутый контакт, а через первый нормально разомкнутый контакт - с первым узлом съема сигнала, причем источник опорного напряжения через второй нормально разомкнутый контакт подключен к третьему входу выходного суммирующего усилителя.